一种列车火源定位系统及定位方法

技术领域

本发明属于轨道交通列车火灾定位技术领域，具体涉及一种列车火源定位系统及定位方法。

背景技术

火灾是轨道交通最主要的安全隐患之一，对于车站等发生火灾时火源位置相对固定的场所，现有的火灾探测设备、灭火设备、防排烟设备及消防联动系统规范均有明确要求且技术均已非常成熟。

列车车厢内可燃物较少，除乘客自身及其携带物品导致的火灾外，列车本体火灾风险较小，且火灾发生时火源相对于列车位置比较固定，因此火灾初期易通过乘客和安装于车厢内的烟感、温感、图像等火灾探测设备进行识别，由于车厢内火灾一般不影响列车动力系统，目前灭火救援的主要原则是尽量行驶至车站进行疏散救援。

对于列车车厢外部，主要火灾风险源是车顶、车底的各类设备及线缆。目前受列车高速运行影响，周围空气快速流动，采用对空气、烟气进行间接测量相关参数的方式无法对列车火灾位置进行精准有效定位；受列车车底、车顶设备线缆繁多影响，采用设置分布式与车体直接接触型火灾探测器难度非常大；受区间内光线较暗、列车周围空间狭小、设备线缆互相遮挡影响，采用图像、红外成像等非直接接触型传感器时，单个传感器采集范围有限，采集信息质量差，实现列车火源定位的难度高、效果差、维护成本高。

以上现有各种技术和设备均无法达到列车火源精确定位的效果，但列车火灾初期识别和定位对火灾规模、火灾影响、列车停车救援位置的预判以及应急救援的动员准备都有非常重大的意义。

发明内容

本发明为解决现有技术存在的问题而提出，其目的是提供一种列车火源定位系统及定位方法。

本发明的技术方案是：一种列车火源定位系统，包括列车火源定位系统设置有：

火源识别单元，安装于隧道顶部、隧道侧壁、道床上，对通行的列车进行火源识别；

定位信号发射接收单元，安装于隧道顶部、隧道侧壁、道床上，对通行的列车发射并接收定位信号；

定位信号反射单元，安装于列车车体顶部、列车车体底部、列车车体侧面，对定位信号发射接收单元发射的定位信号进行反射；

数据处理单元，对火源识别单元、定位信号发射接收单元传输的数据进行记录、存储、分析。

更进一步的，所述定位信号发射接收单元与火源识别单元沿隧道方向临近布置。

更进一步的，所述火源识别单元沿隧道纵向布设，所述火源识别单元包括至少一个识别传感器。

更进一步的，所述识别传感器为红外温度传感器，所述红外温度传感器在监测频率下进行温度采集。

更进一步的，所述定位信号发射接收单元的发射方向朝向定位信号反射单元，定位信号反射单元的反射方向朝向定位信号发射接收单元。

更进一步的，所述定位信号发射接收单元为颜色传感器和激光位移传感器中的至少一种，上述传感器在监测频率下进行信号发射与接收。

更进一步的，所述定位信号反射单元包括信号反射识别区和非识别区，所述信号反射识别区和非识别区交替间隔布设。

更进一步的，所述数据处理单元中存储信息包括隧道信息和列车信息，所述隧道信息包括定位信号发射接收单元、火源识别单元在隧道内的绝对位置信息。

更进一步的，所述列车信息包括定位信号反射单位中信号反射识别区与非识别区的数量和间距信息、列车车体被火源识别单元监测区域的不同设备和材料的位置信息。

一种列车火源定位系统的定位方法，包括以下步骤：

A.设定火源识别单元的实际监测频率，及火灾临界温度值；

B.设定定位信号发射接收单元的实际监测频率；

C.设定列车车体距离前方最近火源识别单元或定位信号发射接收单元的临界距离，获取列车车体的实时位置，计算得到列车车体距离前方最近火源识别单元或定位信号发射接收单元的实际距离；

D.根据实际距离、临界距离的数值关系，启动火源识别单元、定位信号发射接收单元；

E.通过火源识别单元、定位信号发射接收单元对通行列车进行监测；

F.火灾识别单元监测到火灾事件后，计算列车火源的相对位置；

G.综合得到并上传报警信息。

本发明的有益效果如下：

本发明通过布设在隧道内的火源识别单元，对车体外表面延行车方向可能起火的区域进行扫描式监测，及时发现火灾，通过对车体表面设置连续的定位信号反射单元进行识别，对车体不同部位相对于车体的位置进行精确定位，结合传感器识别结果，确定火源在列车上的位置。

本发明发现火源后，匹配已经录入数据处理单元的列车在该位置的设备、材料信息及火灾影响分级，将以上报警信息上传至隧道火灾报警系统，为控制中心判定列车是否停靠区间疏散，同时提前在列车停靠点准备灭火救援措施提供有利条件。

本发明也可以用于列车正常运行时对车体上各个重要设备的监测，如温度或位移(需增设位移传感器)等参数，通过大数据分析设备状态，为对设备进行的各类维护、维修提供判定依据。

附图说明

图1是本发明中定位系统的剖面图；

图2是本发明中定位系统的俯视图；

图3是本发明中定位信号反射单元的布置图；

其中：

1颜色传感器 2方钢吊架

3定位信号反射单元 4红外温度传感器

5保护罩 6线缆保护管

7管卡 8模块箱

9信号反射识别区 10非识别区

11隧道12道床

13水沟14轨道

15列车车体16设备限界

17轨枕18列车空调。

具体实施方式

以下，参照附图和实施例对本发明进行详细说明：

如图1至图3所示，一种列车火源定位系统，包括列车火源定位系统设置有：

火源识别单元，安装于隧道11顶部、隧道11侧壁、道床12上，对通行的列车进行火源识别；

定位信号发射接收单元，安装于隧道11顶部、隧道11侧壁、道床12上，对通行的列车发射并接收定位信号；

定位信号反射单元，安装于列车车体15顶部、列车车体15底部、列车车体15侧面，对定位信号发射接收单元发射的定位信号进行反射；

数据处理单元，对火源识别单元、定位信号发射接收单元传输的数据进行记录、存储、分析。

所述定位信号发射接收单元与火源识别单元沿隧道方向临近布置。

所述火源识别单元沿隧道纵向布设，所述火源识别单元包括至少一个识别传感器。

所述识别传感器为红外温度传感器4，所述红外温度传感器4在监测频率下进行温度采集。

所述定位信号发射接收单元的发射方向朝向定位信号反射单元3，定位信号反射单元3的反射方向朝向定位信号发射接收单元。

所述定位信号发射接收单元为颜色传感器1和激光位移传感器中的至少一种，上述传感器在监测频率下进行信号发射与接收。

所述定位信号反射单元3包括信号反射识别区9和非识别区10，所述信号反射识别区9和非识别区10交替间隔布设。

所述数据处理单元中存储信息包括隧道信息和列车信息，所述隧道信息包括定位信号发射接收单元、火源识别单元在隧道11内的绝对位置信息。

所述列车信息包括定位信号反射单位中信号反射识别区9与非识别区10的数量和间距信息、列车车体15被火源识别单元监测区域的不同设备和材料的位置信息。

具体的，所述火源识别单元根据隧道长度及火灾识别允许时间沿隧道纵向设置一组以上。

具体的，定位信号反射单元3从车头至车尾在列车车体15通长范围内表面连续均匀布置，用于表征列车车体15相对位置。

具体的，信号反射识别区9与非识别区10间隔布置，两个信号反射识别区9之间的距离由所需火源定位精度确定。信号反射识别区9与非识别区10一般延列车方向均匀布置。

更进一步的，部分列车在两节车相接处布置困难时，在两车相接处也可以断开，但每节车厢的第一个信号反射识别区9相对于车头第一个信号反射识别区9的位置数据需要被记录到数据处理单元，根据该位置信息计算本车厢其它信号反射识别区的位置。

具体的，数据处理单元用于存储定位信号发射接收单元和火源识别单元在隧道11内的绝对位置信息、定位信号反射单位信号反射识别区与非识别区的数量和间距信息、列车被火源识别单元监测区域的不同设备和材料的位置信息，以及通过与综合监控系统通信获取列车实时位置信息，同时记录、存储、分析传感器取得的实时数据，并将数据和分析结果上传至隧道火灾报警系统。

如图1所示，所述隧道11顶部设置有方钢吊架2，所述方钢吊架2用于安装颜色传感器1，所述隧道11的顶部和底部设置有红外温度传感器4。

所述红外温度传感器4处设置有保护用的保护罩5。

所述隧道11的顶部、侧壁、底部设置有线缆保护管6，所述线缆保护管6对传感器的线缆进行保护，所述线缆保护管6通过管卡7进行固定。

所述隧道11的内壁处设置有模块箱8，传感器的线缆接入到模块箱8中。

所述所述隧道11中设置有道床12，道床12中设置有沿线路方向的水沟13，所述道床12上设置有轨道14，所述列车车体15沿轨道14行驶。

所述隧道11中形成设备限界16，所述列车车体15的外轮廓位于设备限界16之内。

所述轨道14设置在轨枕17上，所述列车车体15中设置有列车空调18。

一种列车火源定位系统的定位方法，包括以下步骤：

A.设定火源识别单元的实际监测频率，及火灾临界温度值；

B.设定定位信号发射接收单元的实际监测频率；

C.设定列车车体15距离前方最近火源识别单元或定位信号发射接收单元的临界距离，获取列车车体15的实时位置，计算得到列车车体15距离前方最近火源识别单元或定位信号发射接收单元的实际距离；

D.根据实际距离、临界距离的数值关系，启动火源识别单元、定位信号发射接收单元；

E.通过火源识别单元、定位信号发射接收单元对通行列车进行监测；

F.火灾识别单元监测到火灾事件后，计算列车火源的相对位置；

G.综合得到并上传报警信息。

具体的，步骤A设定火源识别单元的实际监测频率，及火灾临界温度值，具体过程如下：

首先，根据列车车体15不同部位火灾风险需求，将红外温度传感器4设置于隧道同一断面的不同位置；

然后，列车车体15侧面通常没有电气设备及可燃物，红外温度传感器4主要布置在隧道11顶部及道床12上，用以监测列车顶部和底部火源情况，

最后，红外温度传感器4的监测频率根据公式(1)确定，公式(1)具体如下：

其中，f

更进一步的，根据隧道长度、所在区间列车最高运行速度及火灾识别允许时间延隧道纵向布设多组红外温度传感器4。

更进一步的，红外温度传感器4也可以用于正常运行情况下对列车车体15上各个重要设备温度的监测，也可增设位移传感器对各个重要设备位移进行监测，通过大数据分析设备状态，为对设备进行的各类维护、维修提供判定依据。

具体的，步骤B设定定位信号发射接收单元的实际监测频率，具体过程如下：

所述定位信号发射接收单元每个包括至少一个定位信号发射传感器及至少一个定位信号接收传感器。

所述定位信号发射接收单元采用的传感器为颜色传感器1和激光位移传感器中的至少一种，传感器监测频率根据公式(2)确定，公式(2)具体如下：

f

具体的，步骤C设定列车车体15距离前方最近火源识别单元或定位信号发射接收单元的临界距离，获取列车车体15的实时位置，计算得到列车车体15距离前方最近火源识别单元或定位信号发射接收单元的实际距离，具体过程如下：

首先，从综合监控系统获取列车车体15的实时位置信息及线路方向；

然后，从数据处理单元中得到火源识别单元或定位信号发射接收单元的位置信息；

最后，计算列车车体15距离前方最近火源识别单元或定位信号发射接收单元的实际距离。

具体的，步骤D根据实际距离、临界距离的数值关系，启动火源识别单元、定位信号发射接收单元，具体过程如下：

首先，将实际距离与设定的临界距离进行对比；

然后，当实际距离大于设定的临界距离时，返回继续进行距离判断；

最后，当实际距离小于设定的临界距离时，火源识别单元和定位信号发射接收单元启动监测。

具体的，步骤E通过火源识别单元、定位信号发射接收单元对通行列车进行监测，具体过程如下：

首先，通过火源识别单元监测列车车体15的表面温度；

然后，定位信号发射接收单元通过定位信号反射单元3从车头第一个反射识别区开始，对经过的反射识别区进行计数。

更为具体的，所述定位信号反射单元的信号反射识别区9和非识别区10通过表面不同高度或者不同颜色进行区分。信号反射识别区9延列车方向的长度根据公式(3)确定，公式(3)具体如下：

其中，b为反射识别区延列车方向的长度，单位为m。

具体的，步骤F火灾识别单元监测到火灾事件后，计算列车火源的相对位置，具体过程如下：

首先，当火源识别单元监测到的列车车体15表面温度值超过火灾设定值时，数据处理单元进行记录；

然后，数据处理单元记录此刻的信号反射识别区9统计数量，以及已经录入的相邻两个信号反射识别区之间的距离、定位信号发射接收单元在隧道中的绝对位置和火源识别单元在隧道中的绝对位置数据；

再后，计算出列车火源相对位置。

更为具体的，列车火源相对位置，具体计算公式如下：

D＝(n-1)d

其中，D为列车火源相对于车头第一个信号反射识别区的距离，单位m；n为当火源识别单元发现列车超过设定的火灾温度的同时，定位信号发射接收单元监测到的本列车信号反射识别区的数量；d

具体的，步骤G综合得到并上传报警信息，具体过程如下：

数据处理单元根据列车被火源识别单元监测区域的设备及材料的可燃物及重要情况划分火灾风险等级，当火源识别单元发现列车超过设定的火灾温度时，通过定位信号的发射、反射和接收完成列车相对位置的确定，结合火源识别单元、定位信号发射接收单元在隧道中的绝对位置信息，计算出火源在列车的相对位置，同时根据火源位置点，对比列车在该位置的设备、材料信息，确定火灾风险，为列车是否停靠区间疏散及灭火救援提供条件。

实施例一

某地铁线路A站站中心里程为SK2+100m，B站站中心里程为SK5+200m，两站中心间距为3.10km，列车运行时间为2分44秒，A站和B站间区间隧道长度为2.85km，起点里程SK2+200m，终点里程SK5+050m。运行列车为B型车6辆编组，长度为118.32m，区间内最高行驶速度为100km/h，本实施例以A站B站间右线区间为例，列车由A站向B站运行，要求列车火源定位精度为延列车长度方向0.2m。

一种列车火源定位系统及方法，包括：火源识别单元、定位信号发射接收单元、定位信号反射单元和数据处理单元。

所述火源识别单元安装于隧道11顶部和道床12上，根据隧道11长度及火灾识别允许时间延隧道纵向设置一组以上。

本实施例中两组火源识别单元之间的距离按列车运行时间不超过1分钟控制，共设置三组，里程分别为SK2+300m、SK3+600m、SK4+950m，隧道11顶部和道床12上均安装，分别对列车顶部和底部进行监测。

本实施例中定位信号发射接收单元与火源识别单元一一对应，共设置3个，设置里程与火源识别单元相同，分别为SK2+300m、SK3+600m、SK4+950m，安装于隧道11顶部。

本实施例中定位信号反射单元3安装于列车顶部空调旁连续平整区域。

基于公式(1)，本实施例中列车运行速度为100km/h，火源延列车纵向定位精度为0.2m，因此红外温度传感器监测频率大于等于139s

基于公式(2)，本实施例中定位信号发射接收单元采用颜色传感器1，吊装在隧道顶部隧道设备限界外安全区域内，距离车体信号反射单元0.4m。选用LR-W500型颜色传感器，监测频率最大为5000s

基于公式(3)，本实施例中计算得出0.084≤b≤0.172，将反射识别区延列车方向的实际长度设置为0.1m。本实施例在列车顶部空调旁连续平整区域设置宽0.4m长0.1m长的红色色块作为反射识别区，非识别区采用列车本体白色，根据本实施列车火源定位精度延列车长度方向0.2m要求，两个信号反射识别区之间的中心距离定为0.2m。

一种列车火源定位系统的定位方法，包括以下步骤：

A.设定火源识别单元的实际监测频率，及火灾临界温度值；

本实施例中火源识别单元CT 3MH1型红外传感器实际监测频率设定为300s

B.设定定位信号发射接收单元的实际监测频率；

本实施例中定位信号发射接收单元LR-W500型颜色传感器实际监测频率设定为500s

C.设定列车车体15距离前方最近火源识别单元或定位信号发射接收单元的临界距离，获取列车车体15的实时位置，计算得到列车车体15距离前方最近火源识别单元或定位信号发射接收单元的实际距离；

本实施例中列车与火源识别单元或定位信号发射接收单元的距离设定为20m。

D.根据实际距离、临界距离的数值关系，启动火源识别单元、定位信号发射接收单元；

E.通过火源识别单元、定位信号发射接收单元对通行列车进行监测；

F.火灾识别单元监测到火灾事件后，计算列车火源的相对位置；

本实施例中某列车经过A站B站间右线区间时，SK3+600m道床上第三个CT 3MH1型红外传感器识别到列车底部某位置温度超过200℃，一共对应五个红色色块反射识别区，对应关系为：n＝50时，温度为242℃，n＝51时，温度为250℃，n＝52时，温度为281℃，n＝53时，温度为275℃，n＝54时，温度为272℃，通过公式(4)计算这五个超温位置为列车第一节车厢距车头第一个信号反射识别区9.8m、10m、10.2m、10.4m、10.6m的区域。

G.综合得到并上传报警信息。

本实施例中匹配已经录入数据处理单元的列车车底设备、材料信息后，得出列车车底中部距车头第一个信号反射识别区9.8m、10m、10.2m、10.4m、10.6m的区域为辅助制动箱，火灾对行车影响小，将以上报警信息上传至隧道火灾报警系统(FAS系统)，控制中心管理人员根据以上情况综合判断火灾风险较小，并通知B站人员执行应急预案，做好疏散列车乘客准备，同时控制列车停靠在B站对乘客进行疏散后对列车进行断电检查。

本发明通过布设在隧道内的火源识别单元，对车体外表面延行车方向可能起火的区域进行扫描式监测，及时发现火灾，通过对车体表面设置连续的定位信号反射单元进行识别，对车体不同部位相对于车体的位置进行精确定位，结合传感器识别结果，确定火源在列车上的位置。

本发明发现火源后，匹配已经录入数据处理单元的列车在该位置的设备、材料信息及火灾影响分级，将以上报警信息上传至隧道火灾报警系统，为控制中心判定列车是否停靠区间疏散，同时提前在列车停靠点准备灭火救援措施提供有利条件。

本发明也可以用于列车正常运行时对车体上各个重要设备的监测，如温度、位移等参数，通过大数据分析设备状态，为对设备进行的各类维护、维修提供判定依据。